激子极化激元研究获进展
文章导读
你可能从未想过，一种“半光半物质”的粒子，正在悄悄改写未来芯片的规则。当传统光子器件逼近物理极限，激子极化激元被视为突破口——它能像光一样高速传输，又能像电子一样被局域操控。但多年来，我们一直卡在同一个难题：无法对它的波前进行像素级调控，就像拥有了一支笔却画不出曲线。现在，中国科学院苏州纳米所用图形化二硫化钨打破了这一僵局，通过精确控制每个纳米单元的旋转角度，实现了全相位连续覆盖。实验中清晰捕捉到的异常折射与聚焦现象，暗示着一场光子集成技术的静默革命。
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激子极化激元是由光子和激子相干杂化形成的半光半物质的准粒子，它兼具光子的长程相干传播能力与激子的强场局域特性，为高密度集成光子器件的发展开辟了新路径。当前激子极化激元体系仍缺乏像素级的相位调控自由度，这极大地限制了对其波前的精准操控。
近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所将二硫化钨（WS2）薄膜进行图形化处理，构建了相位梯度超构表面。团队进一步引入几何相位原理，通过精确控制每个纳米椭圆盘的面内取向角，实现了出射信号全相位连续覆盖。凭借这一像素级的波前调控能力，实验清晰观测到极化激元透射信号的异常折射与聚焦现象。
该研究将激子极化激元的强场束缚与超表面的灵活波前调控有机融合。极化激元增强了超原子的光场局域与偏振转换效率，并有效抑制了单元间串扰；而相位梯度超表面则为极化激元提供了精准的线性和非线性波前调控手段。研究为未来开发结构紧凑、功能多样的激子极化激元器件开辟了新的技术路径。
相关研究成果发表在《纳米快报》（Nano Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的支持。
激子极化激元超表面工作原理示意图
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